SE534876C2 - Method of providing a substrate with a barrier using electrospinning or melt spinning of nanofiber - Google Patents

Method of providing a substrate with a barrier using electrospinning or melt spinning of nanofiber Download PDF

Info

Publication number
SE534876C2
SE534876C2 SE1050251A SE1050251A SE534876C2 SE 534876 C2 SE534876 C2 SE 534876C2 SE 1050251 A SE1050251 A SE 1050251A SE 1050251 A SE1050251 A SE 1050251A SE 534876 C2 SE534876 C2 SE 534876C2
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
barrier layer
barrier
nanofibers
based substrate
fiber
Prior art date
Application number
SE1050251A
Other languages
Swedish (sv)
Other versions
SE1050251A1 (en
Inventor
Isto Heiskanen
Kaj Backfolk
Original Assignee
Stora Enso Oyj
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Stora Enso Oyj filed Critical Stora Enso Oyj
Priority to SE1050251A priority Critical patent/SE534876C2/en
Priority to PCT/IB2011/051138 priority patent/WO2011114311A1/en
Priority to KR1020127025845A priority patent/KR101854928B1/en
Priority to CN201180014573.4A priority patent/CN102811860B/en
Priority to JP2012557653A priority patent/JP5752718B2/en
Priority to BR112012023478-1A priority patent/BR112012023478B1/en
Priority to CA2792235A priority patent/CA2792235C/en
Priority to AU2011228663A priority patent/AU2011228663B2/en
Priority to US13/581,533 priority patent/US9611588B2/en
Priority to NZ601742A priority patent/NZ601742A/en
Priority to EP11755778.5A priority patent/EP2547521B1/en
Priority to RU2012144331/05A priority patent/RU2566787C2/en
Publication of SE1050251A1 publication Critical patent/SE1050251A1/en
Publication of SE534876C2 publication Critical patent/SE534876C2/en
Priority to ZA2012/06551A priority patent/ZA201206551B/en
Priority to CL2012002457A priority patent/CL2012002457A1/en

Links

Classifications

    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H19/00Coated paper; Coating material
    • D21H19/10Coatings without pigments
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/06Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B27/10Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of paper or cardboard
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B29/00Layered products comprising a layer of paper or cardboard
    • B32B29/02Layered products comprising a layer of paper or cardboard next to a fibrous or filamentary layer
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01DMECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007Electro-spinning
    • D01D5/0015Electro-spinning characterised by the initial state of the material
    • D01D5/003Electro-spinning characterised by the initial state of the material the material being a polymer solution or dispersion
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01DMECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007Electro-spinning
    • D01D5/0061Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
    • D01D5/0076Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus characterised by the collecting device, e.g. drum, wheel, endless belt, plate or grid
    • D01D5/0084Coating by electro-spinning, i.e. the electro-spun fibres are not removed from the collecting device but remain integral with it, e.g. coating of prostheses
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F6/00Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
    • D01F6/02Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D01F6/14Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds from polymers of unsaturated alcohols, e.g. polyvinyl alcohol, or of their acetals or ketals
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H15/00Pulp or paper, comprising fibres or web-forming material characterised by features other than their chemical constitution
    • D21H15/02Pulp or paper, comprising fibres or web-forming material characterised by features other than their chemical constitution characterised by configuration
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H19/00Coated paper; Coating material
    • D21H19/80Paper comprising more than one coating
    • D21H19/84Paper comprising more than one coating on both sides of the substrate
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H21/00Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its function, form or properties; Paper-impregnating or coating material, characterised by its function, form or properties
    • D21H21/14Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its function, form or properties; Paper-impregnating or coating material, characterised by its function, form or properties characterised by function or properties in or on the paper
    • D21H21/16Sizing or water-repelling agents
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24802Discontinuous or differential coating, impregnation or bond [e.g., artwork, printing, retouched photograph, etc.]
    • Y10T428/2481Discontinuous or differential coating, impregnation or bond [e.g., artwork, printing, retouched photograph, etc.] including layer of mechanically interengaged strands, strand-portions or strand-like strips
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T442/00Fabric [woven, knitted, or nonwoven textile or cloth, etc.]
    • Y10T442/20Coated or impregnated woven, knit, or nonwoven fabric which is not [a] associated with another preformed layer or fiber layer or, [b] with respect to woven and knit, characterized, respectively, by a particular or differential weave or knit, wherein the coating or impregnation is neither a foamed material nor a free metal or alloy layer
    • Y10T442/2025Coating produced by extrusion
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T442/00Fabric [woven, knitted, or nonwoven textile or cloth, etc.]
    • Y10T442/60Nonwoven fabric [i.e., nonwoven strand or fiber material]
    • Y10T442/681Spun-bonded nonwoven fabric

Abstract

Uppfinningen hänför sig till en metod för att förse enyta av ett fiberbaserat substrat med ett barriärskikt varvidbarriärskiktet bildas genom applicering av nanofibrer på ytangenom användning av elektrospinning eller smältspinning.Uppfinningen hänför sig även till ett substrat innehållande sådant barriärskikt. The invention relates to a method for providing a surface of a fiber-based substrate with a barrier layer, the barrier layer being formed by applying nanofibers to the surface by using electrospinning or melt spinning. The invention also relates to a substrate containing such a barrier layer.

Description

25 30 35 534 875 papper eller kartong samtidigt som det är möjligt att sönderdela det barriärbestrukna papperet eller kartongen vilket underlättar återvinning av det använda fiberbaserade substratet. 534 875 paper or board at the same time as it is possible to disintegrate the barrier coated paper or board which facilitates recycling of the fiber-based substrate used.

Att bilda ett barriärskikt genom användning av dispersionsbestrykning kan göra det svårt att erhålla alla nödvändiga egenskaper för förpackningen eller produkten därav. Värmeförseglingsbarheten och goda barriäregenskaper är typiskt svåra att erhålla samtidigt för dessa typer av tillverkade barriärer.Forming a barrier layer by using dispersion coating can make it difficult to obtain all the necessary properties for the package or product thereof. The heat sealability and good barrier properties are typically difficult to obtain simultaneously for these types of manufactured barriers.

En annan nackdel med tillverkningen av barriär genom användning av dispersionsbestrykning är att stabiliteten hos dispersionen måste vara bra för att säkerställa god körbarhet. För att erhålla god stabilitet hos en dispersion är det nödvändigt att tillsätta stabiliseringskomponenter.Another disadvantage of the manufacture of barrier by using dispersion coating is that the stability of the dispersion must be good to ensure good runnability. In order to obtain good stability of a dispersion, it is necessary to add stabilizing components.

Genom att inkorporera multipla komponenter blir det dock svårare att framställa dispersionen.However, by incorporating multiple components, it becomes more difficult to prepare the dispersion.

Ett annat kännetecken för dispersionsbarriären är att en betydande mängd vatten tillsätts till substratet vid bildandet av barriären. Detta vatten måste evaporeras bort och stor mängd energi krävs därför för torkning för att säkerställa en torr barriär och fullständig filmbildning av barriärskiktet. Temperaturen för den torra bestrykningen måste normalt vara väsentligen över glasomvandlingstemperaturen hos polymeren för att säkerställa att bildandet av film fortskrider. Användning av höga torktemperaturer kan dock även orsaka problem med blåsor eller vidhäftning mellan barriärskiktet och bassubstratet.Another characteristic of the dispersion barrier is that a significant amount of water is added to the substrate during the formation of the barrier. This water must be evaporated away and a large amount of energy is therefore required for drying to ensure a dry barrier and complete film formation of the barrier layer. The temperature of the dry coating must normally be substantially above the glass transition temperature of the polymer to ensure that film formation proceeds. However, the use of high drying temperatures can also cause problems with blisters or adhesion between the barrier layer and the base substrate.

Ett annat problem med hög torktemperatur är att klibbigheten av polymerfilmen ökar på grund av att temperaturen ofta kommer vara över glasomvandlingstemperaturen.Another problem with high drying temperatures is that the tackiness of the polymer film increases due to the fact that the temperature will often be above the glass transition temperature.

Ett annat problem med traditionell dispersionsbarriärbestrykning är att viskositeten är relativt låg (och även torrhalten) vilket skapar hög nivå av 10 15 20 25 30 35 534 B75 penetrering in i bassubstratet. Detta betyder inte bara att större mängd bestrykning krävs för att säkerställa en bestrykning utan hål och med bra barriäregenskaper utan även att hög energi för torkningen krävs. För obestruken kartong, krävs typiskt 15-25 g/m2 av torr bestrykning för att erhålla en yta av barriärskiktet utan hål Det finns således ett behov för en förbättrad metod för tillverkning av papper eller kartong med ett eller flera barriärskikt på ett kostnadseffektivt sätt.Another problem with traditional dispersion barrier coating is that the viscosity is relatively low (and also the dry content) which creates a high level of penetration into the base substrate. This means not only that a larger amount of coating is required to ensure a coating without holes and with good barrier properties, but also that high energy for drying is required. For uncoated board, 15-25 g / m2 of dry coating is typically required to obtain a surface of the barrier layer without holes. Thus, there is a need for an improved method of making paper or board with one or more barrier layers in a cost effective manner.

Samanfattningïgv ggpfinninggg Ett syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en yta av ett fiberbaserat substrat med ett barriärskikt på ett förbättrat sätt.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a surface of a fiber-based substrate with a barrier layer in an improved manner.

Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en metod för tillsats av ett tunt barriärskikt på en yta av ett fiberbaserat substrat.Another object of the present invention is to provide a method of adding a thin barrier layer to a surface of a fiber-based substrate.

Ytterligare ett syfte med föreliggande uppfinning är ett fiberbaserat substrat med förbättrade barriäregenskaper.A further object of the present invention is a fiber-based substrate with improved barrier properties.

De ovan nämnda syftena, så väl som andra fördelar, erhålls genom metoden och substratet enligt uppfinningen.The above-mentioned objects, as well as other advantages, are obtained by the method and the substrate according to the invention.

Uppfinningen hänför sig till en metod för att förse en yta av ett fiberbaserat substrat med ett barriärskikt varvid barriärskiktet bildas genom applicering av nanofibrer på ytan genom användning av elektrospinning eller smältspinning.The invention relates to a method for providing a surface of a fiber-based substrate with a barrier layer, the barrier layer being formed by applying nanofibers to the surface by using electrospinning or melt spinning.

Barriärskiktet kan vara i form av en film på ytan av det fiberbaserade substratet.The barrier layer may be in the form of a film on the surface of the fiber-based substrate.

Filmen bildas vid efterbehandling av substratet efter appliceringen av nanofibrerna på ytan. Det är föredraget att efterbehandlingen sker genom att höja temperaturen pà de applicerade nanofibrerna så att en film bildas. Det är 10 15 20 25 30 35 534 B?E föredraget att temperaturen höjs över glasomvandlingstemperaturen eller smälttemperaturen på de applicerade nanofibrerna så att en film bildas.The film is formed upon finishing of the substrate after the application of the nanofibers to the surface. It is preferred that the finishing be done by raising the temperature of the applied nanofibers so that a film is formed. It is preferred that the temperature be raised above the glass transition temperature or melting temperature of the applied nanofibers to form a film.

Det är möjligt att åtminstone två komponenter spinns och appliceras samtidigt till ytan av substratet. Den samtidiga spinningen av olika komponenter kan ske genom olika munstycken eller andra frammatningsanordningar, så att en komponent spinns genom ett munstycke och en annan komponent genom en annan. På detta sätt kommer barriärskiktet innehålla en blandning av olika nanofibrer vilket gör det möjligt att förse ett barriärskikt med olika egenskaper, dvs gör det till ett kompositmaterial. dvs åtminstone två skikt. Det är således möjligt att förse de olika skikten med olika egenskaper.It is possible for at least two components to be spun and applied simultaneously to the surface of the substrate. The simultaneous spinning of different components can take place through different nozzles or other feeding devices, so that one component is spun through one nozzle and another component through another. In this way, the barrier layer will contain a mixture of different nanofibers, which makes it possible to provide a barrier layer with different properties, ie makes it a composite material. ie at least two layers. It is thus possible to provide the different layers with different properties.

Barriärskiktet kan innehålla mer än ett skikt, Det är föredraget att barriärskiktet har en torrhalt av 0.1-20 g/m2, företrädesvis 0.1-5 g/m2 eller mer företrädesvis 0.2-3 g/m2. utan hål på en porös yta med liten mängd applicerade nanofibrer.The barrier layer may contain more than one layer. It is preferred that the barrier layer has a dry content of 0.1-20 g / m 2, preferably 0.1-5 g / m 2 or more preferably 0.2-3 g / m 2. without holes on a porous surface with a small amount of applied nanofibers.

Det är möjligt att bilda en kontinuerlig film Det fiberbaserade substratet kan förses med ett bestrykningsskikt till vilken nanofibrerna appliceras. På detta sätt erhålls en jämnare yta vilket gör det möjligt att ytterligare reducera mängden applicerade fibrer.It is possible to form a continuous film. The fiber-based substrate can be provided with a coating layer to which the nanofibers are applied. In this way a smoother surface is obtained, which makes it possible to further reduce the amount of applied fibers.

Substratets barriärskikt kan förses med ett bestrykningsskikt. Det är föredraget att bestrykningsskiktet innehåller en polymer som lamineras eller extrusionsbestryks på barriärskiktet.The barrier layer of the substrate can be provided with a coating layer. It is preferred that the coating layer contains a polymer which is laminated or extrusion coated on the barrier layer.

Nanofibrerna bildas genom elektrospinning eller smältspinning av en polymer, såsom polyvinylalkohol, lack, polystyren, polybutadien, polyuretaner, polyetylen dispersioner, polypropylen, PLA, chitosan, stärkelse, 10 15 20 25 30 35 534 876 natriumcarboxymetylcellulosa, kopolymerer av akrylat, polyvinylacetat, polyetylenoxid, polyetylen dispersioner, polyetylentereftalat dispersioner, blandningar eller dess modifierade motsvarigheter till någon av de nämnda komponenterna.The nanofibers are formed by electrospinning or melt spinning a polymer such as polyvinyl alcohol, lacquer, polystyrene, polybutadiene, polyurethanes, polyethylene dispersions, polypropylene, PLA, chitosan, starch, sodium carboxymethylcellulose, copolymers of polyethylene acrylate polyethylene dispersions, polyethylene terephthalate dispersions, mixtures or their modified equivalents to any of the mentioned components.

Elektrospinningen kan ske med en vätska eller en dispersion innehållande åtminstone en polymer. Det är också möjligt att använda polymer i fast form eller ett vax som startmaterial vilket smälts, dvs smältspinning.The electrospinning can be done with a liquid or a dispersion containing at least one polymer. It is also possible to use polymer in solid form or a wax as a starting material which is melted, ie melt spinning.

Barriärskiktet kan dessutom förses med funktionella egenskaper genom tillsats av ett funktionellt additiv till barriären. Det funktionella additivet kan spinnas tillsammans med polymeren. Det är också möjligt att det funktionella additivet spinns separat för att bilda ett separat skikt av barriärskikten.The barrier layer can also be provided with functional properties by adding a functional additive to the barrier. The functional additive can be spun together with the polymer. It is also possible that the functional additive is spun separately to form a separate layer of the barrier layers.

Uppfinningen hänför sig även till ett fiberbaserat substrat vilket innehåller ett fiberbasskikt och ett barriärskikt varvid barriärskiktet bildas genom elektrospunna eller smältspunna nanofibrer på ytan av fiberbasskiktet.The invention also relates to a fiber-based substrate which contains a fiber-base layer and a barrier layer, the barrier layer being formed by electrospun or melt-spun nanofibers on the surface of the fiber-base layer.

Barriärskiktet är företrädesvis en film som bildas av de applicerade nanofibrerna.The barrier layer is preferably a film formed by the applied nanofibers.

Filmen kan bildas genom smälta nanofibrer, dvs de applicerade nanofibrerna kan smältas för att bilda nämnda film. Filmen kan också bildas genom att temperaturen av nanofibrerna höjs till eller över glasomvandlingstemperaturen varvid fibrerna ”flödar” och en film bildas. Det är möjligt att filmen är kontinuerlig, dvs den täcker helt ytan av det fiberbassubstratet utan hål etc som gör det möjligt för komponenter att nå ytan av fiberbassubstratet.The film can be formed by molten nanofibers, i.e. the applied nanofibers can be melted to form said film. The film can also be formed by raising the temperature of the nanofibers to or above the glass transition temperature, whereby the fibers "flow" and a film is formed. It is possible that the film is continuous, i.e. it completely covers the surface of the fibrous substrate without holes etc which makes it possible for components to reach the surface of the fibrous substrate.

Inom vissa användningsområden är det inte nödvändigt att helt täcka hela ytan av den fiberbasytan för att erhålla tillräckligt skydd.In some applications, it is not necessary to completely cover the entire surface of that fiber base surface to obtain adequate protection.

Filmen kan även vara diskontinuerlig. 10 15 20 25 30 35 534 B75 Barriären kan vara en barriär mot vätska, ånga, olja, arom, fett, smörjmedel, olja, lösningsmedel, värme, uv-ljus och/eller gas.The film can also be discontinuous. 10 15 20 25 30 35 534 B75 The barrier can be a barrier against liquid, steam, oil, aroma, fat, lubricant, oil, solvent, heat, UV light and / or gas.

Om filmen är diskontinuerlig kan barriären vara en barriär mot olja, smörjmedel och/eller fett. Det har visat sig att nödvändiga barriäregenskaper mot olja, smörjmedel och/eller fett kan erhållas även om filmen som bildar barriären är diskontinuerlig, dvs den innehåller nanohàl eller liknande ojämnheter. Detta är på grund av att kontaktvinkeln mellan filmen och oljan, smörjmedlet och/eller fettet är tillräckligt stor så att oljan inte kommer att tränga igenom barriärskiktet. Detta kan användas vid barriäregenskaper för en kort tid, t ex temporär fett/smörjmedel barriär.If the film is discontinuous, the barrier may be a barrier to oil, lubricant and / or grease. It has been found that the necessary barrier properties against oil, lubricant and / or grease can be obtained even if the film forming the barrier is discontinuous, i.e. it contains nanoholes or similar irregularities. This is because the contact angle between the film and the oil, the lubricant and / or the grease is large enough that the oil will not penetrate the barrier layer. This can be used for barrier properties for a short time, eg temporary grease / lubricant barrier.

Barriärskiktet kan innehålla nanofibrer av åtminstone två komponenter. Genom samtidig spinning av olika komponenter, företrädesvis genom olika munstycken eller andra frammatningsanordningar, är det möjligt att tillverka ett barriärskikt som innehåller åtminstone två komponenter. På detta sätt kan barriärskiktet ha olika egenskaper då en komponent kan ge barriäregenskaper mot ett ämne, såsom vatten, och en annan komponent kan ge barriäregenskaper mot ett annat ämne, På detta sätt är det möjligt att spinna en komponent som kommer att smälta för att såsom smörjmedel. bilda en film och en annan komponent som kommer att stödja den smälta komponenten och förhindra att den tränger för djupt in i basmaterialet, dvs bibehålla dem på ytan av det fiberbaserade substratet. Det är således möjligt att ett enskilt barriärskikt ger skydd mot flera olika ämnen.The barrier layer may contain nanofibers of at least two components. By simultaneous spinning of different components, preferably through different nozzles or other feeding devices, it is possible to manufacture a barrier layer which contains at least two components. In this way the barrier layer can have different properties as one component can give barrier properties to a substance, such as water, and another component can give barrier properties to another substance. In this way it is possible to spin a component which will melt to e.g. lubricant. form a film and another component that will support the molten component and prevent it from penetrating too deeply into the base material, i.e. retaining them on the surface of the fiber-based substrate. It is thus possible that a single barrier layer provides protection against several different substances.

Barriärskiktet kan innehålla åtminstone två skikt. Det är möjligt att barriärskiktet innehåller två eller fler skikt. Varje skikt kan ha olika egenskaper, till exempel ett skikt kan förse substratet med barriäregenskaper mot ånga och ett andra skikt kan förse barriären med värmeförseglingsegenskaper. 10 15 20 25 30 35 534 8?E Fiberbasskiktet kan bestrykas med vilken konventionell bestrykning som helst innan appliceringen av nanofibrer pà ytan. Barriärskikten bildas således på den bestrukna ytan av det fiberbaserade skiktet. På detta sätt bildas barriärskiktet på en jämn yta vilket gör det möjligt att ytterligare reducera mängden applicerade nanofibrer.The barrier layer may contain at least two layers. It is possible that the barrier layer contains two or more layers. Each layer can have different properties, for example one layer can provide the substrate with barrier properties against steam and a second layer can provide the barrier with heat sealing properties. 10 15 20 25 30 35 534 8 The fiber base layer can be coated with any conventional coating before the application of nanofibers to the surface. The barrier layers are thus formed on the coated surface of the fiber-based layer. In this way, the barrier layer is formed on a smooth surface, which makes it possible to further reduce the amount of nanofibers applied.

Barriärskikten av det fiberbaserade substratet kan också bestrykas.The barrier layers of the fiber-based substrate can also be coated.

Uppfinningen hänför sig även till ett fiberbaserat substrat tillverkad enligt metoden beskriven ovan.The invention also relates to a fiber-based substrate manufactured according to the method described above.

Detaljgrad besk:ivning/gvígggfinninggg Föreliggande uppfinning hänför sig till en metod för att förse en yta av ett fiberbaserat substrat med ett barriärskikt varvid barriärskiktet bildas genom applicering av nanofibrer på ytan genom användning av elektrospinning eller smältspinning.The present invention relates to a method of providing a surface of a fiber-based substrate with a barrier layer, the barrier layer being formed by applying nanofibers to the surface using electrospinning or melt spinning.

Det har visat sig att applicering av nanofibrer på en yta av ett fiberbaserat substrat genom användning av elektrospinning eller smältspinning är det möjligt att bilda ett tunt skikt av nanofibrer som kommer att bilda ett barriärskikt på ytan. Det har överraskande visat sig att ett tunt skikt av applicerade nanofibrer är tillräckligt för att helt täcka en ojämn yta, såsom en yta av ett fiberbaserat substrat. På grund av den karaktäristiska fiberdimensionen och fiberegenskaperna av de genom elektrospinning eller smältspinning tillverkade och applicerade nanofibrerna, är dessutom penetreringen av nanofibrerna in i substratet obetydlig. Nanofibrerna kommer således appliceras på ytan och stanna på ytan av substratet. De kommer fortfarande binda till ytan på ett tillfredställande sätt pà grund av kemiska och/eller fysikalisk-kemiska interaktioner mellan fibrerna av substratet och de applicerade nanofibrerna. De kan även finnas en inre utbredning som kan bilda mekanisk eller 10 15 20 25 30 35 534 375 fysikalisk sammankoppling av fibrerna. De applicerade nanofibrerna kommer antingen förena sig eller smälta pá ytan av substratet och bilda en film som kommer fungera som en barriär. Genom att applicera fibrer på ytan innan en fullständig film har bildas krävs en avsevärd mindre mängd bestrykning, detta pà grund av att penetreringen in i substratet är mycket lägre eller till och med obetydlig jämfört med andra barriärer som bildas med andra bestrykningstekniker på ett fiberbaserat substrat. Bildandet av filmen enligt uppfinningen sker följaktligen genom ett nätverk av fibrer som kan jämföras med tidigare lösningar där filmer bildas från en lösning eller en dispersion.It has been found that application of nanofibers to a surface of a fiber-based substrate by using electrospinning or melt spinning it is possible to form a thin layer of nanofibers which will form a barrier layer on the surface. It has surprisingly been found that a thin layer of applied nanofibers is sufficient to completely cover an uneven surface, such as a surface of a fiber-based substrate. In addition, due to the characteristic fiber dimension and the fiber properties of the nanofibers made and applied by electrospinning or melt spinning, the penetration of the nanofibers into the substrate is negligible. The nanofibers will thus be applied to the surface and remain on the surface of the substrate. They will still bind to the surface satisfactorily due to chemical and / or physico-chemical interactions between the fibers of the substrate and the applied nanofibers. They may also have an internal extension which may form mechanical or physical interconnection of the fibers. The applied nanofibers will either join or melt on the surface of the substrate and form a film that will act as a barrier. Applying fibers to the surface before a complete film has formed requires a considerably smaller amount of coating, due to the fact that the penetration into the substrate is much lower or even insignificant compared to other barriers formed by other coating techniques on a fiber-based substrate. The formation of the film according to the invention consequently takes place through a network of fibers which can be compared with previous solutions where films are formed from a solution or a dispersion.

Mängden fibrer som tillsätts till ytan av det fiberbaserades substratet beror på olika parametrar, till exempel på ojämnheten av ytan. Det är föredraget att barriärskikten har en vikt (torr) av 0.1-20 g/m2, företrädesvis 0.1-5 g/m2 och mer företrädesvis 0.2-3 g/m2. Om ytan som barriärskiktet tillsätts till är ojämn krävs att en större mängd fibrer måste tillsättas och det är föredraget att vikten (torr) av barriärskiktet är mellan 2-20 g/m2.The amount of fibers added to the surface of the fiber-based substrate depends on various parameters, for example on the unevenness of the surface. It is preferred that the barrier layers have a weight (dry) of 0.1-20 g / m 2, preferably 0.1-5 g / m 2 and more preferably 0.2-3 g / m 2. If the surface to which the barrier layer is added is uneven, a larger amount of fibers must be added and it is preferred that the weight (dry) of the barrier layer is between 2-20 g / m2.

Genom att optimera förhållandet vid spinningen är det möjligt att öka fukten vid spinningen så att de applicerade fibrerna smälter samman till en film. Fibrerna som först appliceras kommer att vara torra eller ha hög torrhalt vilket gör att fibrerna har hög reologi. Detta är delvis på grund av att ytan till vilka de appliceras på är torr. Förhàllandena vid spinningen kommer därefter att ändras så att de följande applicerade fibrerna är vâtare, dvs halvtorra. Detta resulterar i att fibrerna smälter samman till en film vilket fungerar som en utmärk barriär. Torrheten och/eller fastheten av vätskan eller luften som används vid elektrospinning eller smältspinning kan kontrolleras så att fibrerna smälter samman till en film. Det är också möjligt att kontrollera fukten, temperaturen, tillverkningshastigheten och avståndet vid spinningen så att fibrerna bildar en film. På detta sätt är 10 15 20 25 30 35 53fl 875 det möjligt att tillverka ett fiberbaserat substrat på ett väldigt enkelt sätt.By optimizing the spinning ratio, it is possible to increase the spinning moisture so that the applied fibers fuse together into a film. The fibers that are first applied will be dry or have a high dry content, which means that the fibers have a high rheology. This is partly because the surface to which they are applied is dry. The spinning conditions will then change so that the following applied fibers are wetter, ie semi-dry. This results in the fibers fusing together into a film which acts as an excellent barrier. The dryness and / or firmness of the liquid or air used in electrospinning or melt spinning can be controlled so that the fibers fuse together into a film. It is also possible to control the humidity, temperature, production speed and distance during spinning so that the fibers form a film. In this way, it is possible to manufacture a fiber-based substrate in a very simple manner.

Efter att nanofibrerna har applicerats till ytan efterbehandlas substratet eller ytan av substratet för att nanofibrerna ska bilda en film. Det är föredraget att använda värmebehandling som kommer höja temperaturen av de applicerade nanofibrerna så att de applicerade nanofibrernas egenskaper ändras varvid en film bildas. att höja temperaturen till eller över glasomvandlingstemperaturen eller smälttemperaturen av nanofibrerna. På detta sätt ändras de applicerade nanofibrernas egenskaper, t ex börjar de att ”flyta” eller smälta, Det är föredraget och de kommer då bilda en film vilket kommer fungera som ett barriärskikt på det fiberbaserade substratet.After the nanofibers have been applied to the surface, the substrate or surface of the substrate is post-treated to form the nanofibers. It is preferred to use heat treatment which will raise the temperature of the applied nanofibers so that the properties of the applied nanofibers are changed to form a film. to raise the temperature to or above the glass transition temperature or the melting temperature of the nanofibers. In this way, the properties of the applied nanofibers change, for example they begin to "float" or melt. It is preferred and they will then form a film which will act as a barrier layer on the fiber-based substrate.

Beroende på materialet som används för tillverkningen av nanofibrerna och på tiden för behandlingen, behöver det inte vara nödvändigt att höja temperaturen till eller över glasomvandlingstemperaturen. För vissa material kan det vara tillräckligt att höja temperaturen lite, fortfarande under glasomvandlingstemperaturen, för att de applicerade nanofibrernas egenskaper ska ändras och bilda en film. infraröd lufttorkare, plasma, ånga, laser UV, EB eller vilken annan känd teknik som helst. Det är också möjligt att använda hetfusing eller hetvals vid vilken de applicerade fibrerna upphettas och samtidigt formas till en tunn film på substratet.Depending on the material used for the manufacture of the nanofibers and the time of treatment, it may not be necessary to raise the temperature to or above the glass transition temperature. For some materials, it may be sufficient to raise the temperature slightly, still below the glass transition temperature, for the properties of the applied nanofibers to change and form a film. infrared air dryer, plasma, steam, laser UV, EB or any other known technology. It is also possible to use hot fusing or hot rolling in which the applied fibers are heated and at the same time formed into a thin film on the substrate.

Uppvärmningen kan ske genom användning av låga, torkare, lödvals, Substansen eller substanserna som ska formas till nanofibrer genom användning av elektrospinning eller smältspinning kan vara polymerer eller en blandning av polymerer. Lämpliga polymerer kan väljas från t ex polyolefiner, polyvinyler, polyamider, polyimider, polyacrylater, polyestrar och blandningar därav. Det är särskilt föredraget att använda polyvinylalkohol, lack, polystyren, polybutadien, polyuretaner, polyetylen PLA, chitosan, dispersioner, polypropylen, stärkelse, 10 15 20 25 30 35 534 B78 10 natriumcarboxymetylcellulosa, kopolymerer av akrylat, polyvinylacetat, polyetylenoxid, polyetylen dispersioner, polyetylentereftalat dispersioner, blandningar eller dess modifierade motsvarigheter till någon av de nämnda komponenterna. Den använda polymeren beror på slutanvändningen av det fiberbaserade substratet. De olika polymererna bildar ett barriärskikt mot olika egenskaper, till exempel kommer PVA bilda ett barriärskikt mot smörjmedel.The heating can be done by using flame, dryers, solder roll, The substance or substances to be formed into nanofibers by using electrospinning or melt spinning can be polymers or a mixture of polymers. Suitable polymers can be selected from, for example, polyolefins, polyvinyls, polyamides, polyimides, polyacrylates, polyesters and mixtures thereof. It is especially preferred to use polyvinyl alcohol, lacquer, polystyrene, polybutadiene, polyurethanes, polyethylene PLA, chitosan, dispersions, polypropylene, starch, sodium carboxymethylcellulose, copolymers of acrylate, polyvinyl acetate, polyethylene ethylene polyethylene ethylene polyethylene dispersions, mixtures or their modified equivalents to any of the components mentioned. The polymer used depends on the end use of the fiber-based substrate. The different polymers form a barrier layer against different properties, for example PVA will form a barrier layer against lubricants.

Föreliggande uppfinningen gör det möjligt att förse ett barriärskikt innehållande åtminstone två komponenter. Detta kan ske genom att spinna två eller fler komponenter samtidigt vilka då appliceras på ytan av substratet. Den samtidiga spinningen av två eller fler komponenter kan ske genom olika munstycken eller andra frammatningsanordningar så att en komponent spinns genom ett munstycke och en annan komponent genom en annan. På detta sätt kommer barriärskiktet innehålla en blandning av olika nanofibrer vilket gör det möjligt att förse ett enskilt barriärskikt med olika egenskaper, dvs tillverka ett kompositmaterial. Till exempel kan en komponent ge barriäregenskaper mot ett ämne, såsom vatten och en annan komponent kan ge barriäregenskaper mot ett annat ämne, såsom smörjmedel. På detta sätt är det också möjligt att spinna en komponent som kommer att smälta och bilda en film och en annan komponent som kommer att stödja den smälta komponenten och hindra att den tränger för djupt in i basmaterialet, dvs behålla dem på ytan av det fiberbaserade substratet. Det är således möjligt att ett enskilt barriärskikt innehåller skydd mot flera olika ämnen.The present invention makes it possible to provide a barrier layer containing at least two components. This can be done by spinning two or more components simultaneously which are then applied to the surface of the substrate. The simultaneous spinning of two or more components can take place through different nozzles or other feeding devices so that one component is spun through one nozzle and another component through another. In this way, the barrier layer will contain a mixture of different nanofibers, which makes it possible to provide an individual barrier layer with different properties, ie to manufacture a composite material. For example, one component may impart barrier properties to a substance such as water and another component may impart barrier properties to another substance such as lubricant. In this way, it is also possible to spin a component that will melt and form a film and another component that will support the molten component and prevent it from penetrating too deep into the base material, i.e. retaining them on the surface of the fiber-based substrate. . It is thus possible that a single barrier layer contains protection against several different substances.

En stor fördel med föreliggande uppfinning är att det är möjligt att förse barriärskiktet med mer än ett skikt på ett enkelt sätt. Det är således möjligt att tillverka ett barriärskikt vilket uppfyller olika egenskaper som tidigare har krävt olika processteg. På detta sätt är det möjligt att förse barriärskiktet med flera skikt med olika egenskaper, t ex ett primärskikt, ett barriärskikt, ett skyddande skikt, 10 15 20 25 30 35 534 B75 ll ett värmeförseglingsskikt och/eller ett blockerande skikt.A major advantage of the present invention is that it is possible to provide the barrier layer with more than one layer in a simple manner. It is thus possible to manufacture a barrier layer which meets different properties which have previously required different process steps. In this way it is possible to provide the barrier layer with several layers with different properties, for example a primary layer, a barrier layer, a protective layer, a heat sealing layer and / or a blocking layer.

Användningen av olika polymer dispersioner ger olika egenskaper. Till exempel kommer en polyuretan dispersion ge en barriär mot arom, fett och smörjmedel så väl som förseglingsegenskaper. Ett fiberbaserat substrat med en polyuretanbarriär kommer således vara lätt att försegla för att bilda en förpackning samtidigt som det har utmärkta barriäregenskaper. Om polyuretanbarriärskikten kombineras med ett etylenskikt kommer det fiberbaserade substratet även ha en barriär mot vatten.The use of different polymer dispersions gives different properties. For example, a polyurethane dispersion will provide a barrier against aromas, greases and lubricants as well as sealing properties. Thus, a fiber-based substrate having a polyurethane barrier will be easy to seal to form a package while having excellent barrier properties. If the polyurethane barrier layers are combined with an ethylene layer, the fiber-based substrate will also have a barrier to water.

Det fiberbaserade substratets yta kan förses med ett bestrykningsskikt. Nanofibrerna kommer således att appliceras på bestrykningsskiktet av det fiberbaserade substratet. På detta sätt sker appliceringen av bestrykningsskiktet på en jämn yta och mängden nanofibrer kan reduceras ytterligare.The surface of the fiber-based substrate can be provided with a coating layer. The nanofibers will thus be applied to the coating layer of the fiber-based substrate. In this way, the application of the coating layer takes place on a smooth surface and the amount of nanofibers can be further reduced.

Bestrykningen kan vara vilken konventionell bestrykningssmet som helst, såsom kalciumkarbonat eller kaolin.The coating can be any conventional coating batter, such as calcium carbonate or kaolin.

Substratets barriärskikt kan förses med ett bestrykningsskikt. Det är föredraget att bestrykningsskiktet innehåller en polymer som lamineras eller extrusionsbestryks på barriärskiktet. På detta sätt kan barriärskiktet innehålla en primer som kan öka adhesionen mellan det fiberbaserade substratet och ett extrusionsbestruket skikt vilket gör det möjligt att öka hastigheten vid extrusionsbestrykningsprocessen. Bestrykningsskiktet kan också innehålla vilken konventionell bestrykninskomponent, både polymerskikt så väl som pigmentbestrykningsskikt.The barrier layer of the substrate can be provided with a coating layer. It is preferred that the coating layer contains a polymer which is laminated or extrusion coated on the barrier layer. In this way, the barrier layer may contain a primer that can increase the adhesion between the fiber-based substrate and an extrusion-coated layer, which makes it possible to increase the speed of the extrusion coating process. The coating layer may also contain any conventional coating component, both polymeric layers as well as pigment coating layers.

Det är också möjligt att förse barriärskiktet med funktionella egenskaper genom tillsats av ett funktionellt additiv till det spunna mediet. Möjliga additiv kan vara fyllmedel vilket kan öka vitheten eller förse substratet med UV skydd eller absorbenter som kan fånga smak och Det funktionella additivet kan blandas med mediet, företrädesvis luktkemikalier och således reducera problemen. en polymer dispersion, och således spinnas tillsammans med 10 15 20 25 30 35 534 875 12 polymeren. Nanofibrerna som bildas innehåller således en blandning av polymernanofibrer och nanofibrer av additivet.It is also possible to provide the barrier layer with functional properties by adding a functional additive to the spun medium. Possible additives can be fillers which can increase the whiteness or provide the substrate with UV protection or absorbents which can capture taste and The functional additive can be mixed with the medium, preferably odor chemicals and thus reduce the problems. a polymer dispersion, and thus spun together with the polymer. The nanofibers formed thus contain a mixture of polymer nanofibers and nanofibers of the additive.

Det är även möjligt att inkorporera ett additiv till de bildade nanofibrerna. Ytterligare en möjlighet är att spinna det funktionella additivet samtidigt med en polymer, beskrivs ovan. såsom Det är också möjligt att använda ett fast medium såsom en fast polymer eller ett vax som startmaterial för processen för bildande av nanofibrer. Detta kallas normalt för smältspinning. En stor fördel med denna metod är att inget vatten eller vätska tillsätts till ytan av substratet och det finns således inget behov för att evaporera det tillsatta vattnet genom ökad torkning. Det är således möjligt att minska torkningen vilket sparar både energi och tid.It is also possible to incorporate an additive into the formed nanofibers. Another possibility is to spin the functional additive simultaneously with a polymer, described above. as It is also possible to use a solid medium such as a solid polymer or a wax as a starting material for the process of forming nanofibers. This is normally called melt spinning. A major advantage of this method is that no water or liquid is added to the surface of the substrate and thus there is no need to evaporate the added water by increased drying. It is thus possible to reduce drying, which saves both energy and time.

Det fiberbaserade substratet är företrädesvis en papper eller kartong tillverkad av lignocellulosa. Andra fiberbaserade substrat såsom icke-vävda (non-woven) eller textilier kan också användas.The fiber-based substrate is preferably a paper or board made of lignocellulose. Other fiber-based substrates such as non-woven or textiles can also be used.

Bildandet av partiklarna sker genom elektrospinning eller smältspinning varvid ultrafina fibrer bildas. Diametern pá en enskild fiber kan, t ex vara mindre än 5 um eller till och med mindre än 40 nm. Begreppet elektrospinning eller smältspinning relaterar till generering av fibrer i nanostorlek på grund av viskoelastiska och elektrostatiska krafter. Mediet från vilket fibrerna bildas kan vara ett skum, en smälta eller ett fast material, företrädesvis en polymer.The formation of the particles takes place by electrospinning or melt spinning, whereby ultrafine fibers are formed. The diameter of a single fiber can, for example, be less than 5 μm or even less than 40 nm. The term electrospinning or melt spinning relates to the generation of nanosized fibers due to viscoelastic and electrostatic forces. The medium from which the fibers are formed may be a foam, a melt or a solid material, preferably a polymer.

Det är föredraget att de bildade nanofibrerna appliceras på ett pappers eller kartongsubstrat. Partiklarna kan, t ex appliceras på en rörlig bana av papper eller kartong vid papperstillverkningsprocessen. Metoden enligt uppfinningen kan således användas för t ex bestrykning eller limning av papper eller kartong. Metoden kan användas för att 10 15 20 25 30 35 534 875 13 inkorporera olika typer av polymerfibrer direkt på eller inkorporeras i ytan av papperet eller kartongen.It is preferred that the formed nanofibers be applied to a paper or board substrate. The particles can, for example, be applied to a moving web of paper or cardboard in the papermaking process. The method according to the invention can thus be used for, for example, coating or gluing paper or cardboard. The method can be used to incorporate various types of polymer fibers directly onto or incorporated into the surface of the paper or board.

Det elektrostatiska bildandet av partikeln enligt föreliggande uppfinning kan ske med hjälp av en konventionell apparat lämplig för elektrospinning. Apparaten kan innehålla en uppsamlare, en matningssektion och en spänningskälla anpassad att förse en elektriskspänningsskillnad mellan uppsamlaren och matningssektionen. Uppsamlaren kan vara en metallplatta som stöd för substratet även om en platta, en vals, en rem, en cylinder eller liknade också kan vara möjlig att använda. Den elektrostatiska spänningen är företrädesvis mellan 40 och 60 kV, och avståndet mellan mediet och substratet är företrädesvis mellan 10 och 300 mm, mer föredraget runt 50 mm.The electrostatic formation of the particle according to the present invention can take place by means of a conventional apparatus suitable for electrospinning. The apparatus may include a collector, a supply section and a voltage source adapted to provide an electrical voltage difference between the collector and the supply section. The collector may be a metal plate to support the substrate, although a plate, roller, belt, cylinder or the like may also be possible to use. The electrostatic voltage is preferably between 40 and 60 kV, and the distance between the medium and the substrate is preferably between 10 and 300 mm, more preferably around 50 mm.

Elektrospinning av partiklarna kan ske genom att både använda lik och/eller växelspänning. I en utföringsform av uppfinningen sker den elektrostatiska behandlingen i närvaro av växelströms (AC) att applicera en växelspänning till någon av elektroderna som bildar det elektriska fältet, appliceras antingen till matningssektionen eller till elektrisktfält. Detta kan erhållas genom t ex en växelspänning kan uppsamlaren. Användningen av AC potentialer ger upphov till en förbättrad täckning av den applicerade ytan av de bildade partiklarna.Electrospinning of the particles can take place by using both direct and / or alternating voltage. In one embodiment of the invention, the electrostatic treatment takes place in the presence of alternating current (AC) to apply an alternating voltage to one of the electrodes forming the electric field, applied either to the supply section or to the electric field. This can be obtained by, for example, an alternating voltage can the collector. The use of AC potentials gives rise to an improved coverage of the applied surface of the formed particles.

Elektrospinningen kan också ske genom att samtidigt På detta sätt kan formen på de i processen bildade partiklarna varieras. Enligt använda både växelström och likström. en utföringsform appliceras en växelspänning på uppsamlaren och en likspänning pà matningssektionen varvid partiklar med en form av ganska stora fibrer kan tillverkas. I en annan utföringsform appliceras en växelspänning till matningssektionen och en likspänning appliceras till uppsamlaren varvid fina partiklar kan tillverkas. 10 15 20 25 30 35 534 B75 14 Matningssektionen hos den lämpliga apparaten kan t ex vara en öppning, en eller ett antal munstycken eller det är också möjligt att spinna från en öppen yta, dvs en fritt flödande vätskeyta eller en vals.The electrospinning can also take place by simultaneously in this way the shape of the particles formed in the process can be varied. According to use both alternating current and direct current. In one embodiment, an alternating voltage is applied to the collector and a direct voltage to the supply section, whereby particles with a form of rather large fibers can be manufactured. In another embodiment, an alternating voltage is applied to the supply section and a direct voltage is applied to the collector, whereby fine particles can be manufactured. 53 15 B75 14 The feed section of the suitable apparatus may be, for example, an opening, one or a number of nozzles or it is also possible to spin from an open surface, i.e. a free-flowing liquid surface or a roller.

E :iment Uppfinningen beskrivs ytterligare med hänvisning till några exempel nedan. Uppfinningen är inte begränsad till de särskilda processtegen och materialet som visas häri.The invention is further described with reference to some examples below. The invention is not limited to the particular process steps and materials disclosed herein.

Resultaten visas i de bifogade figurerna Kort beskrivning av figurerna: Figur l a) visar en obestruken kartong som används som referens.The results are shown in the accompanying figures. Brief description of the figures: Figure 1 a) shows an uncoated board used as a reference.

Figur l b) visar en e-spunnen kartong bestruken med 0.3 g/m2.Figure 1 b) shows an e-spun board coated with 0.3 g / m2.

Figur l c) visar en e-spunnen kartong bestruken med 1.2 9/m2.Figure 1 c) shows an e-spun cardboard coated with 1.2 9 / m2.

Figur 2 a) visar en e-spunnen kartong med bestrykningsvikt (torr) av 1,2 g/m2 och värmd i ugnen vid 550°C i l s.Figure 2 a) shows an e-spun carton with a coating weight (dry) of 1.2 g / m2 and heated in the oven at 550 ° C for 1 s.

Figur 2 b) visar en e-spunnen kartong med bestrykningsvikt (torr) av 1,2 g/m2 och värmd i ugnen vid 550°C i 3 s.Figure 2 b) shows an e-spun carton with a coating weight (dry) of 1.2 g / m2 and heated in the oven at 550 ° C for 3 s.

Figur 3 a) visar en kartong med en bestrykning av elektrospinning av Cartaseal VGL efter efterbehandling.Figure 3 a) shows a carton with an electrospinning coating of Cartaseal VGL after finishing.

Figur 3 b) visar en kartong med en bestrykning av elektrospinning av Cartaseal FTU efter efterbehandling.Figure 3 b) shows a carton with an electrospinning coating of Cartaseal RTD after finishing.

Exempel 1 Nanofiber som tillverkas genom användning av elektrospinning applicerades på ett obestruket kartongprov.Example 1 Nanofibers made using electrospinning were applied to an uncoated board sample.

Polymeren som användes var polyvinylalkohol och koncentrationen på den e-spunna vätskan var lite mindre än 10 vikts-%, medan de applicerade fibrerna har en hög torrhalt på grund av evaporeringen som sker vid förflyttningen mellan munstycket och substratet.The polymer used was polyvinyl alcohol and the concentration of the e-spun liquid was slightly less than 10% by weight, while the applied fibers have a high dry content due to the evaporation that occurs during the movement between the nozzle and the substrate.

De bifogade bilderna har tagits med ett scanning elektronmikroskop (SEM) och figur l a visar en bild av en obestruken kartong som används som referens. Fibrerna och porerna mellan fibrerna ses tydligt på denna bild. 10 15 20 25 30 35 534 B75 15 I figurerna lb och lc ökas gradvis vikten av de applicerade nanofibrerna vilken kan ses som större mängd nanofibrer men också att en lokal fiber-fiber sammansmältning startar.The attached images were taken with a scanning electron microscope (SEM) and Figure 1a shows an image of an uncoated cardboard used as a reference. The fibers and pores between the fibers are clearly seen in this image. In Figures 1b and 1c, the weight of the applied nanofibers is gradually increased, which can be seen as a larger amount of nanofibers but also that a local fiber-fiber fusion starts.

De jämna fläckarna som visas i figur lc indikerar att en film har bildats. Dessa fläckar erhölls genom att ändra förhållandena vid elektrospinningen så att de applicerade nanofibrerna delvis var våta, smälte samman till en film. dvs halvtorra, och således Ingen extern värme användes således i detta fall för att erhålla bildandet av filmen.The smooth spots shown in Figure 1c indicate that a film has formed. These stains were obtained by changing the conditions of the electrospinning so that the applied nanofibers were partially wet, fused together into a film. i.e. semi-dry, and thus No external heat was thus used in this case to obtain the formation of the film.

Exempel 2 Två kartongprov som har bestrukits med e-spunna nanofibrer till en vikt (torr) av 1.2 g/m2 som beskrivits i exempel 1, efterbehandlades med värme.Example 2 Two carton samples coated with e-spun nanofibers to a weight (dry) of 1.2 g / m 2 described in Example 1 were heat treated.

Genom att värmebehandla de applicerade e-spunna fibrerna är det möjligt att smälta de applicerade fibrerna för att bilda en film.By heat treating the applied e-spun fibers, it is possible to melt the applied fibers to form a film.

Vikten av bestrykningen i detta fall var ganska liten men det täckte ändå nästan hela kartongen vilket visar på fördelarna med föreliggande uppfinning.The weight of the coating in this case was quite small but it still covered almost the entire carton which shows the advantages of the present invention.

Kartongproverna behandlades i en ugn vid 550°C i ls respektive 3s. Figur 2a och 2b visar effekten av efterbehandling av de spun-bestrukna prover.The carton samples were treated in an oven at 550 ° C for 1s and 3s, respectively. Figures 2a and 2b show the effect of finishing the spun-coated samples.

Exempel 3 Kommersiell barriärkemikalie (Cartaseal, Clariant) testades och applicerades på kartong genom nämnda applicering I detta fall justerades flödesegenskaperna med polyetylenoxid. eller bestrykningsmetod som beskrivs ovan.Example 3 Commercial barrier chemical (Cartaseal, Clariant) was tested and applied to cardboard by said application. In this case, the flow properties were adjusted with polyethylene oxide. or coating method described above.

Receptet var: - 2000 g Cartaseal VGL respektive FTU av 10% torrhalt - 200 g polyetylenoxide 600 000 av 6% 10 15 534 E?B 16 E-spunna fibrer bildades således på substratet. I detta specifika fall användes ett ojämnt substrat och målet var att ha en bestrykningsvikt (torr) på 10 g/m2. Kartongen torkades därefter vid ll5°C i l0 minuter och SBM bilder togs pà den spunbestrukna kartongen.The recipe was: - 2000 g Cartaseal VGL and RTD respectively of 10% dry matter - 200 g polyethylene oxide 600,000 of 6% 534 E? B 16 E-spun fibers were thus formed on the substrate. In this specific case, an uneven substrate was used and the goal was to have a coating weight (dry) of 10 g / m 2. The carton was then dried at 115 ° C for 10 minutes and SBM images were taken on the spun coated carton.

Resultatet visas i Figur 3a och Figur 3b som visar att full täckning erhölls och att inga hål finns.The result is shown in Figure 3a and Figure 3b which shows that full coverage was obtained and that there are no holes.

Tabell I visar resultaten från motståndstesterna av fett/smörjmedel enligt en modifierad ASTM F1l9-82 standard testprocedur som innefattar tester för specifika kemikalier vid en given temperatur (40 °C).Table I shows the results of the grease / lubricant resistance tests according to a modified ASTM F119-82 standard test procedure that includes tests for specific chemicals at a given temperature (40 ° C).

Tabell I Kemikalie Resistans mot smörjmedel genom Resistans mot smörjmedel genom kartong, kartong till TLC Tid för platta, Tid för genomsynlighet genomträngning Cartaseal VGL > 52 h > 52 h Cartaseal FTU > 52 h > 52 hTable I Chemical Resistance to lubricant by Resistance to lubricant by carton, carton to TLC Time for plate, Time for transparency penetration Cartaseal VGL> 52 h> 52 h Cartaseal RTD> 52 h> 52 h

Claims (27)

18 Patent claims
1. l. A method for providing a surface of a fiberbased substrate with a barrier layer wherein the barrierlayer is formed by depositing nanofibers on the surface by the use of electrospinning or meltspinning.
2. The method according to claim l, whereinthe barrier layer is formed as a film on the surface of the fiber based substrate.
3. The method according to claim 2, whereinthe film is formed by post treating the substrate after the depositing of nanofibers on the surface.
4. The method according to claim 3, whereinsaid post treatment is done by increasing thetemperature so that the deposited nanofibers form a film.
5. The method according to claim 4 wherein thetemperature is increased to or above the glasstransition temperature or melting temperature of the deposited nanofibers so that a film is formed.
6. The method according to any of thepreceding claims wherein more at least two componentsare spun simultaneously in order to deposit nanofibersof the components to the surface of the substrate in a single step.
7. The method according to any of thepreceding claims wherein the barrier layer comprises at least two layers. 19
8. The method according to any one of thepreceding claims, wherein the barrier layer has a dryweight of O.l-20 g/m2, preferably between O.l-5 g/m2 or even more preferably 0.2-3 g/m2.
9. The method according to any of thepreceding claims, wherein the surface of the fiber basedsubstrate is provided with a coating layer before the nanofibers are deposited on the surface.
10. The method according to any of thepreceding claims, wherein the barrier layer is provided with a coating layer.
11. ll. The method according to any of thepreceding claims wherein the nanofibers are formed byelectrospinning or meltspinning a polymer, such aspolyvinyl alcohol, varnish, polystyrene, polybutadiene,polyurethanes, polyethylene dispersions, polypropylene,PLA, chitosan, starch, sodium carboxymethyl cellulose,acrylate copolymers,polyvinyl acetate, poly ethyleneoxide, polyethylene dispersions, polyethyleneterephthalate dispersions, mixtures or its modified analogues of any of the mentioned components.
12. l2. The method according to claim ll whereinthe electrospinning is done with a liquid or dispersion comprising the polymer.
13. l3. The method according to any of thepreceding claims wherein the barrier layer further isprovided with a functional property by addition of a functional additive.
14. The method according to claim 13 whereinthe functional additive is spun together with the polymer.
15. The method according to claim 13 whereinthe functional additive is spun as a separate layer of the barrier layers.
16. A fiber based substrate which comprises afiber base layer and a barrier layer wherein the barrierlayer is formed by electrospun or meltspun nanofiberswhich are deposited on the surface of the fiber base layer.
17. The fiber based substrate according to claim 16 wherein the barrier layer is a film.
18. The fiber bases substrate according toclaim 17 wherein the deposited nanofibers are melted to form said film.
19. The fiber based substrate according to any of claims 17-18 wherein the film is continuous.
20. The fiber based substrate according to any of claims 17-18, wherein the film is discontinuous.
21. The fiber based substrate according to anyof claims 16-20 wherein the barrier is a barrier againstliquid, vapour, oil, solvents, heat, uv-light, aroma and/or gas.
22. 21 The fiber based substrate according to claim 20 wherein the barrier is a barrier against oil, grease and/or fat.
23. of claims The fiber based substrate according to l6-22 wherein the barrier layer comprises least two components.
24.of claims least two
25. The fiber based substrate according tol6-23 wherein the barrier layer comprises layers. The fiber based substrate according to of the claims 16-24 wherein the fiber base layer is coated and the barrier layer is formed on the coated surface of the fiber base layer.
26. of the claims l6-25 wherein the barrier layer is coated.
27. anyat anyat any The fiber based substrate according to any A fiber based substrate produced according to the method according to claims l-15.
SE1050251A 2010-03-18 2010-03-18 Method of providing a substrate with a barrier using electrospinning or melt spinning of nanofiber SE534876C2 (en)

Priority Applications (14)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE1050251A SE534876C2 (en) 2010-03-18 2010-03-18 Method of providing a substrate with a barrier using electrospinning or melt spinning of nanofiber
AU2011228663A AU2011228663B2 (en) 2010-03-18 2011-03-18 Method for providing a substrate with a barrier and a substrate comprising a barrier
US13/581,533 US9611588B2 (en) 2010-03-18 2011-03-18 Method for providing a substrate with a barrier and a substrate comprising a barrier
CN201180014573.4A CN102811860B (en) 2010-03-18 2011-03-18 The method of matrix with barrier layer and the matrix comprising barrier layer are provided
JP2012557653A JP5752718B2 (en) 2010-03-18 2011-03-18 Method for providing a barrier on a substrate and substrate having a barrier
BR112012023478-1A BR112012023478B1 (en) 2010-03-18 2011-03-18 METHOD FOR PROVIDING A SUBSTRATE WITH A BARRIER AND A SUBSTRATE THAT UNDERSTANDS A BARRIER.
CA2792235A CA2792235C (en) 2010-03-18 2011-03-18 Fiber based substrate with a nanofiber based barrier layer
PCT/IB2011/051138 WO2011114311A1 (en) 2010-03-18 2011-03-18 Method for providing a substrate with a barrier and a substrate comprising a barrier
KR1020127025845A KR101854928B1 (en) 2010-03-18 2011-03-18 Method for providing a substrate with a barrier and a substrate comprising a barrier
NZ601742A NZ601742A (en) 2010-03-18 2011-03-18 Method for providing a substrate with a barrier and a substrate comprising a barrier
EP11755778.5A EP2547521B1 (en) 2010-03-18 2011-03-18 Method for providing a substrate with a barrier and a substrate comprising a barrier
RU2012144331/05A RU2566787C2 (en) 2010-03-18 2011-03-18 Fabrication of barrier for substrate and substrate with said barrier
ZA2012/06551A ZA201206551B (en) 2010-03-18 2012-08-31 Method for providing a substrate with a barrier and a substrate comprising a barrier
CL2012002457A CL2012002457A1 (en) 2010-03-18 2012-09-04 Method to provide a surface of a fiber-based substrate with a barrier layer, which is formed as a film by depositing nanofibers on the surface by the use of electrospinning or meltspinning in which the film is formed by post treatment of the substrate after the deposition of nanofibers on the surface; and fiber based substrate.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE1050251A SE534876C2 (en) 2010-03-18 2010-03-18 Method of providing a substrate with a barrier using electrospinning or melt spinning of nanofiber

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SE1050251A1 SE1050251A1 (en) 2011-09-19
SE534876C2 true SE534876C2 (en) 2012-01-31

Family

ID=44648489

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE1050251A SE534876C2 (en) 2010-03-18 2010-03-18 Method of providing a substrate with a barrier using electrospinning or melt spinning of nanofiber

Country Status (14)

Country Link
US (1) US9611588B2 (en)
EP (1) EP2547521B1 (en)
JP (1) JP5752718B2 (en)
KR (1) KR101854928B1 (en)
CN (1) CN102811860B (en)
AU (1) AU2011228663B2 (en)
BR (1) BR112012023478B1 (en)
CA (1) CA2792235C (en)
CL (1) CL2012002457A1 (en)
NZ (1) NZ601742A (en)
RU (1) RU2566787C2 (en)
SE (1) SE534876C2 (en)
WO (1) WO2011114311A1 (en)
ZA (1) ZA201206551B (en)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE534876C2 (en) 2010-03-18 2012-01-31 Stora Enso Oyj Method of providing a substrate with a barrier using electrospinning or melt spinning of nanofiber
US20140305455A1 (en) * 2013-04-11 2014-10-16 R. J. Reynolds Tobacco Company Smoking articles with nanocellulose barrier
CA2914146A1 (en) * 2013-06-03 2014-12-11 Oji Holdings Corporation Method for producing sheet containing fine fibers
FR3024468B1 (en) 2014-07-30 2019-05-17 Munksjö Oyj METHOD FOR MANUFACTURING THERMOSCELLANT BARRIER PAPER
JP6416604B2 (en) * 2014-12-07 2018-10-31 シンワ株式会社 Method for producing chitosan film
RU2612280C1 (en) * 2015-12-02 2017-03-06 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокомолекулярных соединений Российской академии наук Method for production of aromatic polyimide nanofiber based material
KR102245562B1 (en) * 2016-03-30 2021-04-27 파커-한니핀 코포레이션 Direct deposition of nanofibers on textile substrates
JP2017190544A (en) * 2016-04-15 2017-10-19 凸版印刷株式会社 Barrier paper, paper cup
EP3532677A4 (en) 2016-10-31 2020-05-27 Sun Chemical Corporation Grease, oil, and water resistant coating compositions
WO2018200783A1 (en) 2017-04-28 2018-11-01 Sun Chemical Corporation Heat sealable barrier coating
CN107354821B (en) * 2017-06-27 2020-04-07 华南理工大学 Green medical bacterium-resistant packaging paper and preparation method thereof
WO2021179306A1 (en) * 2020-03-13 2021-09-16 浙江金加浩绿色纳米材料股份有限公司 Biodegradable oil-proof paper without fluorocarbon compound, and preparation method therefor
KR20210126809A (en) * 2020-04-10 2021-10-21 동원시스템즈 주식회사 Eco-friendly container label and eco-friendly container manufacturing method

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2895767B2 (en) * 1995-02-06 1999-05-24 昭和高分子株式会社 Liquid paper container
SE514845C2 (en) * 1996-09-04 2001-04-30 Tetra Laval Holdings & Finance Biodegradable packaging laminate, methods of producing the packaging laminate and packaging containers made by the packaging laminate
JP2003094574A (en) * 2001-09-27 2003-04-03 Kuraray Co Ltd Paper laminate having barrier property and its production method
EP1534894A2 (en) * 2002-08-15 2005-06-01 Donaldson Company, Inc. Polymeric microporous paper coating
US8129450B2 (en) 2002-12-10 2012-03-06 Cellresin Technologies, Llc Articles having a polymer grafted cyclodextrin
US8487156B2 (en) * 2003-06-30 2013-07-16 The Procter & Gamble Company Hygiene articles containing nanofibers
US8110259B2 (en) * 2004-04-02 2012-02-07 Curwood, Inc. Packaging articles, films and methods that promote or preserve the desirable color of meat
CN103862681A (en) * 2005-10-17 2014-06-18 阿克伦大学 Hybrid manufacturing platform to produce multifunctional polymeric films
FI118973B (en) * 2006-08-24 2008-05-30 Stora Enso Oyj Method for controlling adhesion in a paper or cardboard substrate
TWI432285B (en) * 2007-02-01 2014-04-01 Kuraray Co Abrasive pad and process for manufacturing abrasive pad
US8584871B2 (en) 2007-05-30 2013-11-19 Dow Global Technologies Llc High-output solvent-based electrospinning
JP2009079137A (en) * 2007-09-26 2009-04-16 Fujifilm Corp Film-forming composition and method for forming film
WO2009091406A1 (en) * 2008-01-18 2009-07-23 Meadwestvaco Corporation Coated paperboard with enhanced compressibility
WO2009091947A1 (en) * 2008-01-18 2009-07-23 Mmi-Ipco, Llc Composite fabrics
SE534876C2 (en) 2010-03-18 2012-01-31 Stora Enso Oyj Method of providing a substrate with a barrier using electrospinning or melt spinning of nanofiber

Also Published As

Publication number Publication date
CA2792235A1 (en) 2011-09-22
JP2013522083A (en) 2013-06-13
NZ601742A (en) 2014-12-24
SE1050251A1 (en) 2011-09-19
CA2792235C (en) 2018-02-06
KR101854928B1 (en) 2018-05-04
AU2011228663B2 (en) 2015-05-28
ZA201206551B (en) 2013-09-25
CN102811860B (en) 2017-10-24
EP2547521A4 (en) 2014-06-04
KR20130038213A (en) 2013-04-17
AU2011228663A1 (en) 2012-08-30
JP5752718B2 (en) 2015-07-22
US9611588B2 (en) 2017-04-04
EP2547521A1 (en) 2013-01-23
BR112012023478B1 (en) 2020-02-11
RU2012144331A (en) 2014-04-27
CL2012002457A1 (en) 2012-12-21
CN102811860A (en) 2012-12-05
WO2011114311A1 (en) 2011-09-22
BR112012023478A2 (en) 2016-05-24
EP2547521B1 (en) 2017-03-08
RU2566787C2 (en) 2015-10-27
US20130004748A1 (en) 2013-01-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
SE534876C2 (en) Method of providing a substrate with a barrier using electrospinning or melt spinning of nanofiber
Shanmugam et al. Nanocellulose films as air and water vapour barriers: A recyclable and biodegradable alternative to polyolefin packaging
US20130059088A1 (en) Priming and coating process
JP2012508330A (en) Recyclable coated paper or coated paperboard and method for producing the same
JP2013510222A (en) Coated substrate, method for producing coated substrate, package, and dispersion coating
CN103687916A (en) Superhydrophobic surfaces
EP3710548B1 (en) Heat-seal coatings
WO2009091406A1 (en) Coated paperboard with enhanced compressibility
Putkisto et al. Polymer coating of paper using dry surface treatment: Coating structure and performance
Ranganath et al. Thermoresponsive electrospun membrane with enhanced wettability
Ovaska Oil and grease barrier properties of converted dispersion-coated paperboards
Zakaria et al. Effects of varying melt flow rates on laser melt‐electrospinning of low‐density polyethylene nanofibers
Yun et al. Facile Fabrication of Cellulosic Paper-based Composites with Temperature-controlled Hydrophobicity and Excellent Mechanical Strength
FI107343B (en) A process for making hydrophobic polymer fibers and an apparatus for doing so
Toriseva et al. Pilot‐scale demonstration of novel tandem coating process: Combining dispersion and extrusion coating with enhanced barrier properties
SE502675C2 (en) Process for treating cellulose material for use as wrapping and packaging material, coated cellulose material and use of the material
CN103842586A (en) Removal-force-profiled drying cylinder
FI123458B (en) Process for coating paper or cardboard product and product obtained thereby
CN114908478A (en) Light and thin flash evaporation polymer non-woven fabric
Haghi et al. Production of electrospun nanofibers: An Investigation on governing parameters
JP2022553917A (en) Polypropylene coated paper and paperboard
WO2018165497A1 (en) High energy drying method to form a continuous plastic film on a substrate